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MIDEST 2010
Page 1
Analysis of a failed shackle
Arnaud CARACCIOLO, CETIM
Comment aborder les défaillances d’origine vibratoire?
MIDEST 2010
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Page 2Sommaire
� Aspect généraux sur les vibrations
� Dispositif de surveillance vibratoire
� Détection vibratoire de défauts
� Conclusion
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Page 3Aspects généraux
Les vibrations : trois volets d’intérêt
�Les exploiter dans un procédé industriel
�Les combattre
�Les utiliser comme sources d’informations.
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Page 4Aspects généraux
Exploiter les vibrations
Compacteur
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Page 5Aspects généraux
Combattre les vibrations
Plusieurs normes encadrent les vibrations:
� Sévérité vibratoire des machines
� Protection de l’homme
� Directives « Machines »
� Spécifique
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Page 6
Norme AFNOR E 90-300 ISO 2372
A bon
B satisfaisant
C médiocre
D inadmissible
Aspects généraux
Les Normes de sévérité vibratoire :
� ISO 2372
� NF E 90-300
� ISO 7919 (parties 1 à 5) parties tournantes
� ISO 10816 (parties 1 à 6) Parties non tournantes
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Page 7
Utiliser les vibrations comme
� Indicateur de l’état de santé: surveillance vibratoire des paliers de turbine (dégradation des roulements),
�Moyen de diagnostic: maintenance conditionnelle associé à la thermographie et l’analyse des lubrifiants,
�Composante de conception: analyse modale pour optimiser les structures porteuses et éviter les couplages fréquentiels avec les parties tournantes.
Aspects généraux
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Page 8
Analyse Vibratoire
� Suivi vibratoire
� Surveillance en temps réel (alarmes)
� Maintenance prédictive
� Suivi des évolutions des signatures vibratoires
Aspects généraux
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Page 9
Mécanismes excitateurs
Les vibrations peuvent être générées par différents mécanismes mettant en jeu de l’énergie :
� mécanique (transmission de puissance)balourd, désalignement, engrènement, roulements à billes, ...
� électrique (moteur) vibration des stators, transformateurs...
� hydraulique (pompes) pulsation de pression, cavitation, turbulences...
� aéraulique (ventilateurs, éoliennes) tourbillons de Von Karman, turbulences aérodynamiques ...
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Page 10
Définition des grandeursphysiques
Sélection du capteur
Intégration du capteur
• Vibrations• Émission Acoustique• Pression, Température• Courant, • Paramètres process…
Doc. Montronix
Doc. Chauvin Arnoult
Stratégie de Surveillance
Dispositif de surveillance vibratoire
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Capteurs AcquisitionTraitement du signal Stockage
Transmission
DDéétectiontection
ProtectionProtection DiagnosticDiagnostic
MaintenanceMaintenance
conditionnelleconditionnelle
Stratégie de Surveillance
Dispositif de surveillance vibratoire
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Servo Accéléromètre
Piézoélec Industriel
Piézoélec Labo + masse réduite
Acc Capacitif
Acc Piézorésistif
Les capteurs de vibrations
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Page 13
Roulement ou palier instrumentés, intégrant des fonctions électroniques pour connaître :
� vitesse et sens de rotation d’une roue,� nombre de tours de cette roue,� température du roulement.
Doc. SKF Doc. SNR
L’émergence de la mécatronique
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Exemple: le secteur hydrauliqueStratégie de Surveillance
Dispositif de surveillance vibratoire
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Page 15
Avarie
Analyse Vibratoire Expertise / Diagnostic
TempsTemps
�Suivi vibratoire�Surveillance en temps réel�Maintenance prédictive�Suivi des évolutions des signatures vibratoires
�Analyse des composants�Identification cause de l’avarie�Suivi vibratoire après avarie
Détection vibratoire de défauts
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Répartition des avaries par cause et par organe sur les réducteurs industriels
Cause du sinistre Fréquence en % Organe concerné Fréquence en %
� Défaut du produit
Défaut de fabrication
Défauts de conception et de dimensionnement
Défaut de matière
Défaut de montage
Défaut de réparation
� Erreur d’exploitation
Fausses manœuvres
Défaut d’entretien
� Phénomènes externes
Corps étrangers
Alimentation électrique
Autres
53,7
17,4
15,4
10,9
7
3
39,3
21,4
17,9
7
2,5
1,5
3
Roues dentées
Paliers
Paliers radiaux
Paliers de butée
Corps
Arbres
Bâti
Divers
58,2
12,5
11,1
1,4
9,7
6,4
5,7
7,5
Détection vibratoire de défauts
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Page 17
ÉcaillageUsure abrasive
Détériorations des roues dentées
-Engrenages-
Détection vibratoire de défauts
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Page 18
fe 2fef
Ampl.
Pignonmenant
NE
NS
Réducteur
NE > NS
z1 < z2
Rouemenée
Défauts et Diagnostics
Défaut d’excentricité ou défaut localisé sur une dent
����
Modulations d’amplitude autour des multiples de la
fréquence d’engrènement
Fréquence d’engrènement d’une roue dentée montée sur un arbre tournant: fe = n · z
-Engrenages-
Détection vibratoire de défauts
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Mise en évidence d’un défaut de denture sur pignon
pas de 25 Hz: fréquence de rotation de l’arbre primaire
peigne de raies centré sur la fréquence d’engrènement fe
8175 Hz
-Engrenages-
Détection vibratoire de défauts
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Page 20
Montage Contraintes de service Ambiance Lubrification
Symptôme résultant :
Pro
cédé
s ou
out
ils m
al
appr
oprié
s
Pro
pret
é in
suffi
sant
e
Aju
stem
ent t
rop
serr
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arge
trop
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Cha
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Vib
ratio
ns
Vite
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Hum
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corr
osifs
Lubr
ifian
t mal
ada
pté
Man
que
de lu
brifi
ant
Lubr
ifica
tion
sura
bond
ante
1. Aspect des pièces de roulements
Empreintes de corps roulants, rayures ���� ����
Empreintes de corps étrangers ���� ����
Corrosion (humidité, agents corrosifs) ���� ���� ����
Empreintes dues aux vibrations à l'arrêt ����
Corrosion de contact ���� ����
Cratères et stries ����
Détériorations des cages ���� ����
Usure ���� ���� ���� ����
Grippage sous charge élevée ���� ���� ���� ����
Glissement ���� ���� ����
Fatigue, écaillage ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Echauffement, coloration ���� ���� ���� ���� ���� ����
2. Anomalies de fonctionnement
Rotation irrégulière ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Bruit anormal ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Température anormale ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
-Roulements-
Détection vibratoire de défauts
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Roulements à billes et à rouleauxDéfaut réparti ���� Spectre large bandeDéfaut localisé ���� Fréquences définies
• Bague externe
• Bague interne
• Billes
• Cage
Θ
−
22
cosPdBd
160N
Bd2Pd
Θ− cos
PdBd
160N
21
Θ− cos
PdBd
160N
2n
Θ+ cos
PdBd
160N
2n
Bd Pd
n : nombre de billesN : vitesse de rotationBd : diamètre des billesPd : diamètre situant le centre des billesΘ : angle de contact oblique
-Roulements-
Détection vibratoire de défauts
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Page 22Conclusions
�Démarche usuelle en phase conception:
– dimensionnement mécanique et adéquation/charge et puissance,
– respect des normes et directives,
– absence ou prise en compte partielle des aspects « maintenance »
MIDEST 2010
Page 23Conclusions
� Démarche différenciatrice:
– Identifier les éléments dynamiques critiques,
– Intégrer l’instrumentation existante (palier de turbine) dans la démarche qualité à part entière ou la compléter pour faciliter le diagnostic,
– Monter en compétence les équipes de maintenance àmême de proposer des solutions et réduire les temps d’immobilisation des équipements.
MIDEST 2010
Page 24
Merci de votre attention
arnaud.caracciolo@cetim.fr
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